可穿戴生物传感器的线性充电器的方案

1.前言 

生物传感器是监测各种生物过程并将结果转换为电信号以供医生和研究人员处理和解释的设备。今天有各种各样的生物传感器可用，从血糖监测仪到水化学检测仪，再到妊娠试验。随着电子元件的小型化，医用生物传感器变得越来越小，下一个大趋势是使它们可穿戴。作为可穿戴设备，当便携式传感器以非侵入性方式收集数据发送给医生时，患者将拥有最大的移动性来开展他们的生活。患者和医生都同意，在医院花费的时间越少越好。

“可穿戴技术市场预计将从 2015 年的 200 亿美元增长到 2025 年的接近 700 亿美元，由医疗保健部门领导”（来自国家生物技术信息中心）

崭露头角的可穿戴生物传感器的广度令人惊讶。很快就会有可以通过对身体提供轻微震动来增加血流量来预防褥疮的智能服装，可以纠正异常步行模式的鞋子，通过呼吸模式和心脏活动测量压力的 T 恤，甚至可以监测睡眠状况的袜子。婴儿的健康状况并将更新发送到父母的智能手机。

2.可穿戴健康监测设备电源方案

当今市场上的许多可穿戴健康监测设备都是完全一次性的或使用需要更换的电池。然而，由于它们与智能设备的连接，它们变得越来越耗电，一次性电池可能不够用。这是改用可充电电池的主要原因。随着设备不断发展并过渡到可充电电池，这对于线性充电器来说可能是一个巨大的机会。嵌入式可充电设计将使可穿戴生物传感器尽可能紧凑和方便用户。他们通常使用低容量电池，需要在充电周期中精确控制电流，以确保电池尽可能充满电。

图 1：与铅笔尖相比，TI 最小的线性充电器

可穿戴设备的优势在于它们能够全天候工作。对充电的侵入性、体积和持续需求越大，用户佩戴它的可能性就越小。需要最少关注的薄型轻设备将在市场上更受欢迎。因此，对可最大限度延长电池寿命和运行时间的小型解决方案尺寸的需求是这些应用中电池充电器的重要要求。图 1 显示了 bq25100，其整个解决方案尺寸为 2.1 mm x 2.2 mm；非常适合需要适合婴儿脚的解决方案！

集成运行系统所需的其他组件的能力还可以缩小您的解决方案尺寸并减少材料清单。DC/DC 转换器等电源管理设备是与充电器集成的自然组件，因为它们需要为系统中的其他设备供电。图 3 是温度传感贴片应用的框图示例。该贴片代替温度计用于监测儿童或病人的体温，然后将数据发送到智能设备。该系统需要多个电源轨，从电池电压降压。bq25120A 将所需的这六个组件集成到一个设备中，以减小整体解决方案尺寸，使其能够适应狭小的空间。 

图 2：锂离子充电曲线 

充电电流的准确性与每次充电循环之间恢复到电池中的容量有关。图 2 中的 ITerm 指的是当电池达到满电压时电流充电终止。以 1mA 终止充电可为电池恢复额外 5% 的容量，与以 4mA 终止充电相比，两次充电之间的运行时间更长。Iq 或 IC 空载所需的电流也会影响设备的电池运行时间。运行电池充电器所需的电流越少，可用于运行系统的电流就越多。bq25100 的漏电流仅为 75 nA，与电池单元的自放电率相比可以忽略不计。

电源路径是充电器 IC 的另一个理想功能。它允许在为系统供电的同时为电池充电；这意味着您仍然可以在充电时使用您的可穿戴设备。将这些应用程序与能量收集解决方案配对时，这是一个功能，允许在您仍然佩戴设备时充电，而不必将其移除以通过电线充电。

图 3：温度传感贴片框图

在为我们的下一个生物传感器应用设计时，请考虑我们今天讨论的线性充电问题。可充电电池、紧凑型设备、先进的设备集成和电源路径等特性都是关键特性。无论下一个可穿戴生物传感器是监测抑郁症的帽子，还是帮助早产儿的连体衣，结合上面列出的功能，实现智能紧凑的设计。